АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Дейхофф, Маргарет

Ма́ргарет О́кли Де́йхофф (англ. Margaret Belle Oakley Dayhoff; 11 марта 1925, Филадельфия, Пенсильвания, США — 5 февраля 1983, Силвер-Спринг, Мэриленд, США) — американский биофизик и одна из основательниц биоинформатики[1]. Профессор Медицинского центра Джорджтаунского университета и исследователь в Национальном фонде биомедицинских исследований, где она первой применила математические и вычислительные методы в биохимии. Дейхофф посвятила свою карьеру применению вычислительных технологий для поддержки прогресса в биологии и медицине, в том числе разработке баз данных белков и нуклеиновых кислот и инструментов для их анализа. Она создала одну из первых матриц замен — PAM и разработала однобуквенный код аминокислот, что позволило существенно уменьшить объём данных при хранении последовательностей аминокислот в эпоху перфокарт.

Общие сведения
Маргарет Дейхофф
Margaret Belle Oakley Dayhoff
Имя при рождении Margaret Belle Oakley
Дата рождения 11 марта 1925
Место рождения Филадельфия, Пенсильвания, США
Дата смерти 5 февраля 1983
Место смерти Силвер-Спринг, Мэриленд, США
Страна Флаг США
Научная сфера Биоинформатика
Место работы Мэрилендский университет, Рокфеллеровский институт, Медицинский центр Джорджтаунского университета, Национальный фонд биомедицинских исследований
Образование Колумбийский университет (PhD)
Учёная степень доктор философии
Научный руководитель Дункан А. МакИннес
Известен как матрицы замен
однобуквенный код аминокислот

Биография

undefined

Маргарет Дейхофф родилась единственным ребёнком в семье в Филадельфии, однако в возрасте десяти лет переехала с семьёй в Нью-Йорк[2]. С ранних лет проявляла выдающиеся способности: была вальдекторантом (1942) школы в Бейсайде, Нью-Йорк, после чего получила стипендию на обучение в Washington Square College Нью-Йоркского университета, который окончила с отличием по математике в 1945 году и была принята в общество Phi Beta Kappa[3][4].

После окончания университета Дейхофф поступила в аспирантуру по квантовой химии под руководством Джорджа Кимболла в Колумбийском университете. В своей диссертации она первой применила вычислительные методы для расчёта резонансных энергий полициклических органических соединений, используя перфокарточные машины для массовой обработки данных. За выдающееся управление исследовательскими данными она была удостоена стипендии Watson Computing Laboratory, что позволило ей работать на передовом оборудовании IBM[5][6].

undefined

Завершив PhD, Дейхофф работала в Рокфеллеровском институте (1948—1951) под руководством Дункана МакИннеса, занимаясь электрохимией. В 1952 году она с семьёй переехала в Мэриленд, где получила стипендии для исследований в Мэрилендском университете (1957—1959), работая над моделью химической связи с Эллисом Липпинкоттом. Здесь же она впервые познакомилась с высокоскоростным компьютером IBM 7094. В 1960 году Дейхофф стала заместителем директора в Национальном фонде биомедицинских исследований — эту должность она занимала 21 год[4]. Там она начала сотрудничество с Робертом Ледли, и вместе они опубликовали в 1962 году работу «COMPROTEIN: программа для вычисления первичной структуры белков», описывающую компьютерный анализ последовательностей белков на IBM 7090[7].

undefined

В начале 1960-х годов Дейхофф совместно с Эллисом Липпинкоттом и Карлом Саганом разрабатывала термодинамические модели космохимических систем, включая атмосферы планет до возникновения жизни. Она создала программу для вычисления равновесных концентраций газов в атмосфере планет, что позволило исследовать состав атмосферы Венеры, Юпитера, Марса и первичной Земли. Используя эту программу, она анализировала возможность появления необходимых для жизни соединений в условиях первичной атмосферы; хотя некоторые биологически важные соединения могли возникнуть, такие как рибоза, аденин и цитозин, были крайне редки в равновесной модели[8].

Дейхофф преподавала физиологию и биофизику в Медицинском центре Джорджтаунского университета в течение 13 лет, была членом Американской ассоциации содействия развитию науки и в 1980 году избрана советником Международного общества по изучению происхождения жизни после 8 лет членства. Она также входила в редакционные коллегии трёх журналов: DNA, Journal of Molecular Evolution и Computers in Biology and Medicine[8].

undefined

В 1966 году Дейхофф впервые применила вычислительные методы для сравнения белковых последовательностей и восстановления их эволюционной истории на основе выравнивания последовательностей. Для минимизации размера файлов она предложила однобуквенный код аминокислот. Эта работа, выполненная совместно с Ричардом Экком, стала первой попыткой построения филогенетического дерева на основе молекулярных данных с помощью компьютера (метод максимальной парсимонии). Позднее она использовала эти методы для изучения различных белков и их эволюционных связей[8].

На основе этих исследований Дейхофф и её коллеги разработали набор матриц замен — PAM (Point Accepted Mutation, «принятая точечная мутация»), MDM (Mutation Data Matrix) или матрица Дейхофф. Они строятся на основе глобального выравнивания близкородственных белковых последовательностей и используются для оценки эволюционных расстояний между белками[9][10].

Одним из важнейших вкладов Дейхофф стала публикация Atlas of Protein Sequence and Structure (1965), в котором были собраны все известные на тот момент последовательности белков (65 последовательностей)[11]. Впоследствии атлас переиздавался несколько раз, что привело к созданию Protein Information Resource — первой онлайн-базы данных белковых последовательностей, доступной по телефонной линии для удалённого доступа[12]. Атлас цитируется почти 4500 раз[8]. Вместе с параллельной работой Уолтера Гоада (создание базы GenBank для нуклеиновых кислот) это стало основой современных баз молекулярных последовательностей. Атлас был организован по генным семьям, и Дейхофф считается пионером их классификации.

Таблица кодировки аминокислот по Дейхофф

Аминокислоты Однобуквенный код Трёхбуквенный код Свойство Неоднозначный однобуквенный код
Цистеин C Cys Содержит серу a
Глицин, Серин, Треонин, Аланин, Пролин G, S, T, A, P Gly, Ser, Thr, Ala, Pro Малые b
Аспарагиновая кислота, Глутаминовая кислота, Аспарагин, Глутамин D, E, N, Q Asp, Glu, Asn, Gln Кислые и амидные c
Аргинин, Гистидин, Лизин R, H, K Arg, His, Lys Основные d
Лейцин, Валин, Метионин, Изолейцин L, V, M, I Leu, Val, Met, Ile Гидрофобные e
Тирозин, Фенилаланин, Триптофан Y*, F, W Tyr, Phe, Trp Ароматические f
  • Дейхофф и Экк изначально предлагали использовать O для тирозина.

Однобуквенный код был принят IUPAC и остаётся стандартом. Неоднозначные коды Дейхофф со временем были заменены.

Научная деятельность

Дейхофф занималась применением вычислительных методов для анализа белковых и нуклеиновых последовательностей, созданием баз данных и алгоритмов для сравнения последовательностей и построения филогенетических деревьев. Её работы заложили основы современной биоинформатики и эволюционной биохимии. Она также участвовала в разработке термодинамических моделей атмосферы планет, исследовала вопросы происхождения жизни, разрабатывала методы хранения и анализа больших биологических данных. Её Atlas of Protein Sequence and Structure стал первым систематическим собранием белковых последовательностей, а созданные ею PAM-матрицы используются в биоинформатике по сей день.

Библиография

  • Dayhoff M.O., Eck R.V., Chang M.A., Sochard M.R. Atlas of Protein Sequence and Structure. National Biomedical Research Foundation, 1965.
  • Dayhoff M.O., Eck R.V. A model of evolutionary change in proteins. In: Atlas of Protein Sequence and Structure, 1968.

Примечания

  1. ↑ Hunt, Lois T. (1983). “Margaret O. Dayhoff 1925–1983”. DNA and Cell Biology. 2 (2): 97—98. DOI:10.1089/dna.1983.2.97. ISSN 0198-0238. PMID 6347589.
  2. ↑ Windsor, Laura Lynn. Women in Medicine: An Encyclopedia. — ABC-CLIO, January 1, 2002. — ISBN 978-1-57607-392-6.
  3. ↑ American National Biography Online. www.anb.org. Дата обращения: 16 марта 2016. Архивировано 24 апреля 2020 года.
  4. ↑ 1 2 Biomedical Researcher Margaret Dayhoff Dies (February 8, 1983). Архивировано 28 марта 2021 года. Дата обращения: 20 октября 2016.
  5. ↑ November, Joseph A. Biomedical Computing: Digitizing Life in the United States. — JHU Press, May 22, 2012. — ISBN 978-1-4214-0665-7.
  6. ↑ Krawitz, Eleanor (1949). “The Watson Scientific Laboratory”. Columbia Engineering Quarterly. Архивировано из оригинала May 23, 2019. Дата обращения August 11, 2017. Используется устаревший параметр |url-status= (справка)
  7. ↑ Margaret Dayhoff, a founder of the field of bioinformatics | The OpenHelix Blog. blog.openhelix.eu. Дата обращения: 20 октября 2016. Архивировано 30 марта 2019 года.
  8. ↑ 1 2 3 4 “Margaret Oakley Dayhoff 1925–1983”. Bulletin of Mathematical Biology. 46 (4): 467—472. July 1, 1984. DOI:10.1007/BF02459497. ISSN 0092-8240. S2CID 189887501.
  9. ↑ Substitution Matrices. arep.med.harvard.edu. Дата обращения: 22 октября 2016. Архивировано 30 января 1998 года.
  10. ↑ How to Compute Mutation and Dayhoff Matrices. www.biorecipes.com. Дата обращения: 22 октября 2016. Архивировано 27 ноября 2005 года.
  11. ↑ MARGARET OAKLEY DAYHOFF, 57; EXPERT ON PROTEIN STRUCTURES (February 9, 1983). Архивировано 28 августа 2017 года. Дата обращения: 16 марта 2016.
  12. ↑ Oakley Margaret Dayhoff | Biographical summary. www.whatisbiotechnology.org. Дата обращения: 20 октября 2016. Архивировано 8 января 2018 года.

Категории